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一個由馬普引力物理研究所成員負責的國際研究組,用新方法分析得到中子星的半徑大約在11公里左右。研究者稱,這比以前研究結果得出的範圍縮小了兩倍。

一般的中子星相當於將兩倍太陽品質的物質塞進一座城市大小的空間內。

中子星合併事件猶如“金礦”

中子星是目前科學家觀測到的宇宙中密度最大的天體,就像把整座城市大小的物質壓縮到一個原子核這麼大的空間內,還有其他的說法是,相當於將近兩倍太陽品質的物質塞進一座城市大小的空間內。

不管哪種比方,都可以理解中子星的密度真是超乎想像,非常大。這樣的物體究竟有什麼樣的特性,科學家還不知道。在地球的任何實驗室環境中,科學家都造不出這樣的物體。

科學家說,通過測量中子星的各種特性,有助於了解亞原子層面的物理定律。主要研究者卡帕諾(Collin Capano)說,發現兩顆中子星的合併事件對科學家來說就像發現“金礦”一樣,可以獲得大量有意義的資訊。

這份近期發表在《自然-天文學》(Nature Astronomy)期刊上的研究,通過對天文事件GW170817“多資訊渠道觀測”,即引力波資料結合電磁頻譜的觀測,了解到這是兩顆中子星的合併,並探索到中子星的一些簡單特性,比如半徑大小和品質。

“太令人震驚了,GW170817是兩座城市般大小的天體在1.2億年前相撞而成,那時恐龍還在地球上行走。”卡帕諾說。

“我們發現最典型的中子星,大約是有1.4倍太陽的品質,半徑約為11公里。”合作研究者克里希南(Badri Krishnan)說,“我們得到的結果認為一顆典型的中子星的半徑範圍在10.4~11.9公里之間。這個範圍比以前的結果縮小了兩倍。”

多資訊渠道觀測並非易事

研究者稱,這份研究的意義不僅在於提升了中子星半徑的測量的準確度,還了解了中子星與中子星、黑洞與黑洞,以及中子星與黑洞合併事件的一些觀測特性。

這份研究發現,對於兩顆中子星合併的情形,比如GW170817的情形,未來僅使用位於美國的LIGO 和義大利的Virgo引力波探測器很容易就可以分辨出這是兩顆中子星合併、還是兩個黑洞的合併。不過目前,電磁頻譜的資料也起了重要作用。

然而對於中子星和黑洞的合併,光靠引力波觀測,就難以將其與兩個黑洞合併的事件區分開來。這還需要結合電磁頻譜資料,或是合併之後的引力波的資料,才能將兩者區分。

這份研究還發現,對於中子星和黑洞的合併事件,其實並不容易實現“多資訊渠道觀測”。因為幾乎所有的這種合併事件中,中子星直接被黑洞吞噬,無法進行電磁頻譜觀測。只有在黑洞非常小,或是黑洞處於高速旋轉狀態的情況下,中子星才會先被黑洞撕裂後再被吞噬,只有在這種情況下,才能進行電磁頻譜觀測。

研究者預計未來十年,現有引力波探測儀的敏感度將更高,結合更好的多渠道觀測技術,將能探測到更多中子星的合併事件。每一個合併事件都是一個“金礦”,為科學家提供中子星和核物理的大量新資訊。

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